Analiza oszczędności energii wentylatorów EC w porównaniu z wentylatorami AC
W tym poście przeanalizujemy różnice między wentylatorami EC a wentylatorami AC z perspektywy ich rzeczywistych rozwiązań produkcyjnych, zasad działania, danych dynamometrycznych powiązanych silników, rzeczywistych danych testowych objętości powietrza wentylatorów, rzeczywistych scenariuszy zastosowań wentylatorów osiowych AC i wentylatorów osiowych EC oraz trendów rozwoju branży.
Rzeczywiste rozwiązania produkcyjne dla silników prądu przemiennego
Uzwojenie stojana Wirnik klatkowySchemat montażu stojana-wirnika
Na rzeczywistych zdjęciach widzimy, że schemat uzwojenia poprzecznego szczelinowego silnika prądu przemiennego sprawia, że część emaliowanego drutu wystaje poza rdzeń.
Główny proces działania silnika prądu przemiennego jest następujący
1. Uzwojenie stojana jest podłączone do prądu przemiennego, a w uzwojeniu generowane jest wirujące i zmieniające się pole magnetyczne.
2. Obracające się i zmieniające się linie strumienia magnetycznego stojana przechodzą przez wirnik klatki wiewiórki. Zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznej, na wirniku zostanie indukowane wirujące i zmieniające się indukowane pole magnetyczne, a pole magnetyczne wirnika "podąża" za zmianami pola magnetycznego stojana.
3. Dwa pola magnetyczne oddziałują ze sobą, napędzając wirnik do obracania się.
Rzeczywisty plan produkcyjny silnika EC
Uzwojenie stojana Wirnik z magnesami trwałymi Schemat montażu stojana i wirnika
Na zdjęciach rzeczywistego obiektu widać, że silniki EC w większości wykorzystują scentralizowane uzwojenia, które są podobne do jednozębnego uzwojenia cewki wokół stojana, a emaliowany drut ma krótszą odległość drutu poprzecznego. Drut emaliowany w stosunkowo mniejszym stopniu wykracza poza płaszczyznę rdzenia.
Zasada działania silnika EC
Zasadę działania silnika EC można uprościć do następujących trzech kroków:
1. Wejściowa moc prądu przemiennego jest prostowana i przekształcana w moc prądu stałego przez sterownik, a moc prądu stałego jest następnie przekształcana w prąd przemienny o wymaganej częstotliwości poprzez inwersję, a następnie wprowadzana do uzwojenia silnika przez emaliowaną głowicę drutu podłączoną do elektrycznej tablicy sterowniczej. Sterownik generuje wirujące pole magnetyczne poprzez sekwencyjne łączenie uzwojeń.
2. Wirujące pole magnetyczne oddziałuje z polem magnetycznym wirnika z magnesami trwałymi, napędzając obracanie silnika.
3. Sterownik może dokładnie określić położenie pola magnetycznego wirnika, monitorując czujniki, prąd i wsteczną siłę elektromotoryczną oraz inne sygnały, a następnie przeprowadzić odpowiednie uzwojenie w celu wytworzenia napędzającego pola magnetycznego.
Analiza oszczędności energii silników EC w zasadzie i zastosowaniu w porównaniu z silnikami prądu przemiennego
Z powyższej analizy można zauważyć, że silniki prądu przemiennego wytwarzają efektywne pole magnetyczne poprzez indukcję elektromagnetyczną, więc część energii elektrycznej jest wykorzystywana do wytworzenia pola magnetycznego, a wydajność konwersji energii kinetycznej jest zmniejszona. Silniki EC wykorzystują magnesy trwałe, więc nie ma potrzeby stosowania energii elektrycznej do wytworzenia pola magnetycznego wirnika, więc nie ma strat energii.
Po drugie, istnieją różnice w efektach uzwojenia i pola magnetycznego. W procesie uzwojenia poprzecznego silników prądu przemiennego duża część emaliowanego drutu przekroczy rdzeń, co spowoduje wyciek i ciepło, zmniejszając w ten sposób wydajność konwersji silnika na energię kinetyczną. Metoda nawijania silników EC może zmniejszyć tę stratę.
Ze względu na zasadę konstrukcji indukcyjnej silników prądu przemiennego, wirnik i stojan mają konstrukcję o stałym poślizgu. Gdy silnik przekroczy zaprojektowane obciążenie, rzeczywisty poślizg silnika będzie odbiegał od zaprojektowanego poślizgu, zawężając w ten sposób ogólny zakres wysokiej wydajności. Konstrukcja z magnesami trwałymi i konstrukcja sterowania napędem silników EC skutecznie pozwoli uniknąć tej sytuacji. Aby zmniejszyć tę wadę silników prądu przemiennego, falowniki są często używane w rzeczywistych zastosowaniach do regulacji prędkości silników prądu przemiennego. Regulacja prędkości o zmiennej częstotliwości obejmuje głównie trzy procesy: prostowanie, odwrócenie i kontrolę. W tych trzech procesach sprawność konwersji różni się w zależności od punktu pracy i wynosi w przybliżeniu od 85% do 96%. Główne straty energii występują w ogniwach rektyfikacyjnych i inwersyjnych, co stanowi około 90% całkowitych strat. Rzeczywista wartość testowa sprawności regulatora silników EC wynosi przeważnie powyżej 97%. Ogólnie rzecz biorąc, silniki prądu przemiennego z falownikami mogą w pewnym stopniu poprawić wydajność operacyjną silników prądu przemiennego, ale nadal istnieje pewna luka w porównaniu z EC.
Poniżej znajduje się krzywa dynamometryczna pewnego silnika prądu przemiennego i silnika EC o tym samym zakresie mocy i prędkości.
Z krzywej możemy wyciągnąć wniosek: silniki EC są bardziej wydajne i mają szerszy zakres wysokiej sprawności.
Analiza oszczędności energii na podstawie danych testowych wentylatorów AC z falownikami i wentylatorami EC:
Poprzez analizę danych można zauważyć, że przy typowym punkcie pracy 100 Pa dla dużych wentylatorów o przepływie osiowym, wydajność ciśnienia statycznego rozwiązania EC jest o 3,3% wyższa niż w przypadku rozwiązania z falownikiem AC plus.
